CC BY
19Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2004. Вып. 4======================================
7. Плахотник А. С. Квазиклассический статистический метод исследования нулевых колебаний в приборах миллиметрового диапазона // Проблемы и методы разработки и эксплуатации вооружения и военной техники ВМФ / ТОВМИ им. С. О. Макарова. Владивосток, 2003. №. С. 151-155. (Сб. статей. Вып. 43).
8. Петроченков В. И. Расчет электрических характеристик магнетрона на основе приближенной аналитической модели // Радиотехника и электроника, 1994. Т. 39, № 11. С. 1825-1843.
A. S. Plakhotnik
Pacific ocean navy institute named by S. O. Makarov
Optimization of the Millimeter Diapason Magnetron Constructive Characteristic
The model for power losses in magnetron mm region at the expense summing up of zero fluctuations effect of electrons has been made. A conclusion about an opportunity of magnetrons characteristic constructive optimization is made with the purpose of capacity target significant increase.
Magnetron, millimeter region, optimization, power losses, summing up of zero fluctuations effect, increase average kinetic energy of electrons
Статья поступила в редакцию 1 июня 2004 г.
УДК 621.396.67
Ю. И. Алексеев
Таганрогский государственный радиотехнический университет
Исследование характеристик генератора на лавинно-пролетном диоде в миллиметровом диапазоне
Обсуждается конструкция генератора на лавинно-пролетном диоде, согласованном дополнительным радиальным резонатором. Обсуждаются основные характеристики исследуемого генератора.
ЛПД-генератор, электронная перестройка, механическая перестройка
Разработка диодных генераторов миллиметрового диапазона весьма сложна, поскольку в этом диапазоне как сам диод, так и элементы конструкции генераторной камеры резко проявляют свойства систем с распределенными параметрами, учесть которые в предварительных расчетах практически невозможно. Именно по этой причине в технике миллиметрового диапазона разработка источников колебаний долгое время базировалась на использовании высших гармоник генераторов на лавинно-пролетных диодах (ЛПД) сантиметрового диапазона, что несколько расширяло возможности применения генераторов, но такие решения часто не устраивали разработчиков из-за малого уровня выходной мощности [1]. Эти затруднения были сняты с разработкой генераторов на ЛПД с прямой генерацией, в связи с чем появилось достаточно много различных рекомендаций по конструированию генераторов миллиметрового диапазона [2], многие из которых до сих пор носят в основном характер технических предложений, которые, как известно, должны пройти инженерную апробацию.
В настоящей статье подробно рассматривается одно из предложений, когда в стандартном волноводе согласование ЛПД осуществляется через так называемый внутриволно-
70
© Ю. И. Алексеев, 2004
6 5
Рис. 1
водный радиальный резонатор, образованный "толстым" штырем, диаметр которого соизмерим с четвертью длины волны [2].
На рис. 1 дано эскизное представление конструкции исследуемого генератора, где показаны только основные элементы, имеющие непосредственное отношение к колебательной системе генератора. ЛПД типа 2А717А 1 посредством диодного держателя-теплоотвода 2, являющегося одновременно полюсом питания диода, вводится в колебательную систему 3, образованную закороченным отрезком волновода 7.2х3.4 мм, длина которого изменяется перемещением короткозамыкающего поршня 4. Второй полюс питания образован тонким штырем 5, изолированным от корпуса генератора и имеющим точечный контакт с диодом. Штырь 5 проходит внутри "толстого" штыря 6, который имеет конфигурацию, аналогичную конфигурации держателя 2 и совместно с ним образует в области включения диода радиальный низкоомный резонатор, необходимый для импедансного согласования колебательной системы и диода. Следует заметить, что проблема потерь в колебательной системе особенно важна для генераторов на ЛПД, которые отличаются весьма низким импедансом. В этой связи системы с радиальными резонаторами, подобные рассматриваемой в настоящей статье, довольно широко применяются [3] и частично решают проблему контурных потерь, что подтверждается экспериментальными результатами, приведенными ниже.
Исследуемый генератор запускался и устойчиво генерировал СВЧ-колебания в диапазоне рабочих токов ЛПД (80... 120 мА), что соответствовало техническим условиям на
диод по этому параметру. Дальнейшее увеличение рабочего тока не проводилось ввиду несовершенства теплоотводящей системы генератора.
На рис. 2 показаны диапазон механической перестройки частоты генерации (рис. 2, а) и изменение выходной мощности при перестройке (рис. 2, б). Нетрудно видеть, что в зависимости от длины резонатора генерирование СВЧ-колебаний происходит в так называемых
/, ГГц
32
30
— 10 = 100 мА
— 10 = 110 мА ■ -10 = 120 мА
15 17
19
21
23
Л
/ \ / \
\
Р, мВт
■ 10 = 100 мА
10 = 110 мА
25 I, мм
Рис. 2
21
б
I, мм
а
"зонах генерации", соответствующих различному числу полуволн, укладывающихся вдоль резонатора. Колебательная мощность при этом в пределах каждой зоны генерации проходит через максимум, что свидетельствует об оптимальной настройке генератора и находится в хорошем согласии с теорией генераторов на ЛПД [1]. В пределах "зоны генерации" механическая перестройка составила примерно 3 ГГц. Диапазон электронной настройки исследуемого генератора показан на рис. 3. Нетрудно видеть, что в широких пределах изменения тока диода ¡0 реализуются режим малого сигнала, когда изменение тока ЛПД не приводит к изменению частоты генерации, а выходная мощность, а значит и амплитуда СВЧ-напряже-ния нар-и-переходе диода, мала (рис. 3, а) и режим большого сигнала (¡0 = 95... 120 мА), в
котором диапазон электронной настройки генератора составляет примерно 150 МГц и определяется амплитудной зависимостью реактивной составляющей проводимости диода, соответствующей высоким уровням выходной мощности генератора (рис. 3, б).
В качестве дополнительной эксплуатационной характеристики у исследуемого генератора был измерен частотный выбег в течение одного часа непрерывной работы (рис. 4). Измерение параметров генератора в течение частотного выбега показали, что частота генерации и выходная мощность устанавливаются на определенных неизменных уровнях спустя 40...45 минут с момента включения генератора. Упомянутое время есть время "прогрева" генератора, что необходимо знать для правильной эксплуатации аппаратуры, в составе которой может работать исследуемый здесь генератор.
В заключение необходимо сказать, что получен автогенератор на ЛПД в миллиметровом диапазоне длин волн, повторяющий свои характеристики при замене диодов,
30.5
30.4,
30.3
Режим малого Режим большого
сигнала сигнала у»^.
1 = 19 мм
—. . . , , \ /
/ - /* "V" " ' 26 1 1
1
Р, мВт 8
90
100 а
6 -
4 -
Режим малого .сигнала
I = 19 мм
110
¡0, мА
2 К
0
Рис. 3 Р, мВт
10.0
9.8
9.6 9.4
I, мин
0
Рис. 4
Режим большого сигнала
100
б
¡0 , мА
t, мин
б
имеющий "гетеродинные" уровни выходной мощности, который может быть успешно применен при разработках задающих генераторов в передатчиках СВЧ, а также гетеродинов в приемниках СВЧ. Опробованная конструкция генератора хорошо подтверждает теоретические рекомендации по разработкам генераторов миллиметрового диапазона, изложенные в [1]-[3].
Библиографический список
1. Тагер А. С., Вальд-Перлов В. М.. Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ. М.: Советское радио, 1968.
2. Давыдова Н. С., Данюшевский Ю. З.. Диодные генераторы и усилители СВЧ. М.: Радио и связь, 1986.
3. Полупроводниковые приборы в схемах СВЧ / Под ред. М. Хауэса, Д. Моргана. М.: Мир, 1979.
J. I. Alekseev
Taganrog state university of radioengineering
Investigation of IMPATT Diode Generator Characteristics of the Millimetre Band
The construction of IMPATT diode generator, which is matched by complementary radial cavity is discussed. The principal characteristics of researching generator are considered.
IMPATT-oscillator, electronic frequency displacement, mechanical frequency displacement
Статья поступила в редакцию 22 января 2004 г.
УДК 621.382.2
С. А. Корнилов, А. Э. Ланда, К. Д. Овчинников, Э. Ю. Седышев
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций
им. проф. М. А. Бонч-Бруевича
Линеаризация твердотельных СВЧ-усилителей методом двойной обратной связи
Изложена теория метода линеаризации СВЧ-усилителей мощности, основанного на сочетании цепей отрицательной и положительной обратной связи; рассмотрены его особенности и требования к элементам линеаризующего устройства. Кратко описаны результаты экспериментов, проведенных на твердотельных усилителях диапазонов 1.8 и 10 ГГц.
Линеаризация, интермодуляция, транзистор, усилитель, мощность, СВЧ
Известно, что интермодуляция в передатчиках возникает в основном в оконечных усилителях мощности (УМ), работающих по соображениям энергетической эффективности в нелинейном режиме. Очевидным способом ее подавления является перевод УМ в линейный (или почти линейный) режим работы. Однако платить за это приходится значительным падением выходной мощности и КПД.
Другой путь заключается в использовании тех или иных схем, обеспечивающих независимость коэффициента передачи (усиления) устройства, содержащего УМ, от амплитуды колебаний. Эффект, достигаемый при этом, называют линеаризацией УМ. Схемные © С. А. Корнилов, А. Э. Ланда, К. Д. Овчинников, Э. Ю. Седышев, 2004 73
